Η επίδραση της δύναμης των κάτω άκρων σε δοκιμασίες στατικής ισορροπίας αυξανόμενης δυσκολίας

Abstract

Postural control and muscle strength of the lower extremities play an essential role in daily activities across the lifespan, while on the contrary, lack of balance and muscle weakness increase the risk of falls and injuries, causing dysfunction or loss of mobility, expanding hospitalization, and increasing the medical treatment cost. The purpose of this research was to study the effect of lower limb’s muscle strength, on static balance tests of increasing difficulty in healthy individuals aged 21-75 years of both sexes. Sixty participants, not suffered a fall or other injury during the 2 years preceding the study, were divided into 5 age groups of 12 participants each: group 1 (21-30 years), group 2 (31-40 years), group 3 (41-50 years), group 4 (51-60 years) and group 5 (61-75 years old). The measurements were performed at the Laboratory of Neuromechanics, Department of Physical Education and Sports Sciences at Serres. Τhe maximal isokinetic (eccentric and concentric) and the maximal isometric strength of knee extensors, knee flexors, plantar flexors and dorsiflexors, of the dominant leg, were evaluated using an isokinetic dynamometer (Humac Norm, CSMI, MA). The static postural control was assessed through 3 balance tasks of increasing difficulty on a Kistler force plate: bipedal stance (30 s), tandem stance (20 s) and one-legged stance (10 s), in two visual feedback conditions, eyes open (EO) and eyes closed (EC). Postural sway was quantified by measuring the peak-to-peak amplitude, the standard deviation, the average velocity as well as the root mean square of the displacement of the Center of Pressure (CoP) in anterior/posterior and medio/lateral axis. It was also examined, the correlation between the maximal isometric strength of knee and ankle muscles and the average CoP velocity in both axes, at both visual conditions (EO, EC). Data were analyzed using SPSS 27.0. In order to evaluate the differences in muscle strength between the 5 age groups, one-way ANOVA was used. In addition, a three-way ANOVA was applied to explore the differences between the balance tasks, at the different conditions (EO and EC), across the 5 age-groups. The correlation between the muscle strength of the lower limbs and the average CoP velocity, was carried out with a two-way correlation analysis (Bivariate Pearson Product Moment Correlation), while the statistical significance was defined as p < 0.05. The results showed that with age the strength of the lower limbs decreases, while the postural sway increases, regardless of the task difficulty. During all balance tasks, in both visual conditions (EO and EC), moderate negative correlations (-0.39 to -0.61) between isometric strength of knee and ankle muscles and CoP velocity were observed, in both axes. Therefore, the weaker the person, the greater the CoP velocity as well as the postural sway during the standing position, regardless of age. According to the results of the study, the strength of knee and ankle muscles can be considered as predictors of static balance control, especially when postural requirements become more demanding. The practical application of the research results would be particularly useful for the development and implementation of specific training programs to ensure the improvement and maintenance of balance and prevent accidents and injuries from falls.

Η ικανότητα ισορροπίας και η δύναμη των μυών των κάτω άκρων αποτελούν καθοριστικούς παράγοντες για την επιτέλεση καθημερινών δραστηριοτήτων, ενώ αντίθετα η έλλειψη ισορροπίας και η μυϊκή αδυναμία αυξάνουν τον κίνδυνο πτώσεων και τραυματισμών με αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία ή την απώλεια της κινητικότητας, την παρατεταμένη παραμονή σε νοσηλευτικά ιδρύματα και την αύξηση του κόστους νοσηλείας. Σκοπός της έρευνας ήταν να μελετηθεί η επίδραση της δύναμης των μυών των κάτω άκρων στη στατική ισορροπία, και πιο συγκεκριμένα σε δοκιμασίες αυξανόμενης δυσκολίας, υγιών ατόμων ηλικίας 21-75 ετών και των δύο φύλων. Οι 60 συμμετέχοντες, οι οποίοι δεν είχαν υποστεί πτώση ή άλλον τραυματισμό τα τελευταία 2 χρόνια, χωρίστηκαν σε 5 ισομελείς ηλικιακές ομάδες: ομάδα 1 (21-30 ετών), ομάδα 2 (31-40 ετών), ομάδα 3 (41-50 ετών), ομάδα 4 (51-60 ετών) και ομάδα 5 (61-75 ετών). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Νευρομηχανικής του ΤΕΦΑΑ Σερρών. Η μέγιστη ισοκινητική (έκκεντρη και σύγκεντρη) και ισομετρική ροπή των εκτεινόντων και καμπτήρων της άρθρωσης του γονάτου και των πελματιαίων και ραχιαίων καμπτήρων της ποδοκνημικής άρθρωσης του κυρίαρχου κάτω άκρου, μετρήθηκαν σε ισοκινητικό δυναμόμετρο (Humac Norm CSMI, MA). Η ικανότητα στατικής ισορροπίας αξιολογήθηκε μέσω 3 δοκιμασιών αυξανόμενης δυσκολίας: διποδική στάση (30 s), στάση tandem (20 s) και μονοποδική στάση (10 s), σε δύο συνθήκες (με και χωρίς οπτική ανατροφοδότηση) πάνω σε δυναμοδάπεδο Kistler. Η ταλάντωση θέσης των συμμετεχόντων εκτιμήθηκε με βάση το μέγιστο εύρος, την τυπική απόκλιση, την ταχύτητα, καθώς και τη μέση τετραγωνική ρίζα της μετατόπισης του Κέντρου Πίεσης (ΚΠ), στον οβελιαίο και στον μετωπιαίο άξονα. Εξετάσθηκε η συσχέτιση της μέγιστης ισομετρικής ροπής των μυών της άρθρωσης του γονάτου και της ποδοκνημικής άρθρωσης με βάση την ταχύτητα μετατόπισης του ΚΠ, στις δύο οπτικές συνθήκες και στους δύο άξονες. Η ανάλυση των δεδομένων πραγματοποιήθηκε με το στατιστικό πακέτο SPSS 27.0. Εφαρμόστηκε ανάλυση μονής διακύμανσης (one-way ANOVA), προκειμένου να διαπιστωθούν διαφορές στη μυϊκή δύναμη των κάτω άκρων μεταξύ των 5 ηλικιακών ομάδων, και ανάλυση διακύμανσης με επαναλαμβανόμενες μετρήσεις (three-way ANOVA) στο πλαίσιο διερεύνησης διαφορών στις 3 δοκιμασίες ισορροπίας και στις δύο οπτικές συνθήκες. Η συσχέτιση της δύναμης των μυών των κάτω άκρων και της ταχύτητας μετατόπισης του ΚΠ πραγματοποιήθηκε με ανάλυση συσχέτισης διπλής κατεύθυνσης (Bivariate Pearson Product Moment Correlation), ενώ ως όριο στατιστικής σημαντικότητας ορίστηκε το p < 0.05. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, η δύναμη των μυών των κάτω άκρων μειώνεται με την πάροδο της ηλικίας, ενώ αντίστοιχα, αναλογικά και με τη δυσκολία της δοκιμασίας αυξάνεται η ταλάντωση θέσης. Κατά τη διάρκεια των τριών δοκιμασιών στατικής ισορροπίας και στις δύο οπτικές συνθήκες προέκυψαν μέτριες αρνητικές συσχετίσεις της ισομετρικής ροπής των μυών των κάτω άκρων με την ταχύτητα μετατόπισης του ΚΠ (r = -0.39 έως -0.61), στον οβελιαίo και στον μετωπιαίο άξονα. Όσο μικρότερη είναι η δύναμη τόσο μεγαλύτερη η ταχύτητα μετατόπισης του ΚΠ και η ταλάντωση κατά την όρθια θέση, ανεξάρτητα από την ηλικία. Κατά συνέπεια, η δύναμη των μυών της άρθρωσης του γονάτου και της ποδοκνημικής άρθρωσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως προγνωστικός παράγοντας για τον έλεγχο της στατικής ισορροπίας, ιδιαίτερα όταν οι απαιτήσεις διατήρησης της όρθιας θέσης σχετίζονται με μεγαλύτερο βαθμό δυσκολίας. Η πρακτική εφαρμογή των αποτελεσμάτων της έρευνας θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμη για την πραγματοποίηση κατάλληλων προγραμμάτων ενδυνάμωσης, που θα εξασφαλίζουν τη βελτίωση και τη διατήρηση της ισορροπίας προκειμένου να αποφευχθούν ατυχήματα και τραυματισμοί από πτώσεις.